Medición con láser e imagen digital de superficies de sedimentos en un laboratorio de hidráulica

Abstract

[Resumen] Los fenómenos de erosión, transporte y sedimentación juegan un papel muy importante en relación con las obras hidráulicas y el entorno que las rodea. La forma de estudiar estos procesos ha evolucionado mucho con el desarrollo de los modelos numéricos de simulación, pero siguen existiendo algunos casos en los que la mejor opción sigue siendo un modelo a escala de laboratorio con lecho de sedimentos móvil, tanto en estudio fluviales como en estudios de erosión costera. Recientes avances en isntrumentación de laboratorio han conseguido que el estudio de la hidrodinámica llegue a un nivel de detalle inimaginable hace poco tiempo, pero los instrumentos necesarios para observar y medir los procesos de transporte de sedimentos no han alcanzado aún ese nivel. El principal objetivo de esta investigación ha sido el desarrollo de varias herramientas similares en su tecnología, basada en la iluminación láser y la toma de imágenes digitales, para medir la topografía de un fondo de sedimentos. Para ello se han utilizado para dos equipos científicos comerciales destinados a otro uso quen han debido ser adaptados al nuevo cometido, y por otro lado se ha empleado un láser y una cámar de uso no científico para con técnicas fograméticas y de visión artificial. El resultado final es una gama de herramientas capaces de medir en dos y tres dimensiones un fondo de sedimentos para estudiar su variación en el tiempo, capaces de una resolución espacial y temporal no existente hasta ahora y que no son intrusivas. Estas herramientasse han empleado en proyectos reales para medir lechos fluviales, perfiles de playa y estructuras.

[Resumo]Os fenómenos de erosión, transporte e sedimentación xogan un papel moi importante en relación coas obras hidráulicas e o ámbito que as rodea. A forma de estudar estes procesos evolucionou moito co desenvolvemento de modelos numéricos de simulación, pero seguen existindo algúns casos nos que a mellor opción segue sendo un modelo a escala de laboratorio con leito de sedimentos móbil, tanto en estudos fluviais coma en estudos de erosión costeira.Recentes avances en instrumentación de laboratorio conseguiron que o estudo da hidrodinámica chegue a un nivel de detalle inimaxinable hai pouco tempo,pero os instrumentos necesarios para observar e medir os procesos de transporte de sedimentos non alcanzaron aínda ese nivel. O principal obxectivo desta investigación foi o desenvolvemento de varias ferramentas similares na súa tecnoloxía, baseada na iluminación laser e a toma de imaxes dixitais, para medir a topografía dun fondo de sedimentos. Para iso utilizáronse dous equipos científicos comerciais destinados a outro uso que deberon ser adaptados ao novo labor, e por outro lado empregouse un láser e unha cámara de uso non científico para con técnicas fotogramétricas e de visión artificial. O resultado final é unha gama de ferramentas capaces de medir en dúas e tres dimensións un fondo de sedimentos para estudar a súa variación no tempo,capaces dunha resolución espacial e temporal non existente ata agora e que non son intrusivas. Estas ferramentas empregáronse en proxectos reais para medir leitos fluviais, perfís de praia e estruturas.

[Abstract] The phenomena of erosion, transport and sedimentation play an important role in relation to the waterworks and the surrounding environment. The way to study these processes has evolved greatly with the development of numerical simulation models, but there are still some cases in which the best choice is still a laboratory scale model with mobile bed sediment in river and in coastal erosion studies.Recent advances in laboratory instrumentation have made the study of hydrodynamics reach a level of detail unimaginable a short time ago, but the tools necessary to monitor and measure the processes of sediment transport have not yet reached that level. The main objective of this research has been the development of several tools similar in their technology based on laser lighting and digital imaging to measure the topography of a bed sediment. For that purpose on one hand two commercial scientific equipment have been tweaked to the new task, and on the other hand a non scientific laser and a camera have been used with photogrammetry and computer vision techniques. The end result is a range of tools that can measure a sediment bed in two and three dimensions to study their variation in time, capables of spatial resolution and temporal non existent so far and they are not intrusive. These tools have been employed in real projects to measure riverbeds, beach profiles and structures.